Biofilmbildung bei Acinetobacter baumannii: Einfluss von Wirtsspezies, klinischer Herkunft, antimikrobieller Resistenz & molekularer Epidemiologie
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https://doi.org/10.22029/jlupub-21139Abstract
Acinetobacter baumannii zählt zu den bedeutendsten opportunistischen Krankheitserregern in der Human- und Veterinärmedizin. Insbesondere die zunehmende Verbreitung multi-resistenter (MDR) Isolate sowie die ausgeprägte Fähigkeit zur Biofilmbildung erschweren die Therapie und fördern die Persistenz des Erregers in klinischen Umgebungen.Im Rahmen dieser Dissertation wurden 507 A. baumannii-Isolate untersucht, die zwischen 2008 und 2024 im Rahmen der Routinediagnostik am Institut für Hygiene und Infektions-krankheiten der Tiere von Katzen (n = 134), Hunden (n = 289) und Pferden (n = 84) gewonnen wurden. Die Isolate stammten aus unterschiedlichen Infektionslokalisationen, darunter Wunden und Abszesse (n = 173), Harntrakt (n = 102), medizinisches Material (n = 40), Nasopharynx- (n = 39), Atemwege- (n = 38), Genitaltrakt (n = 24) sowie Haut, Haaren und Pfoten/Hufen (n = 24). Alle Isolate wurden hinsichtlich ihres MDR-Status untersucht. Die Ganzgenomsequenzierung diente der Bestimmung von Sequenztypen (ST), internationalen Klonen (IC) sowie Biofilm-assoziierten Genen (BAGs), darunter Gene des BfmRS-Regulationssystems (bfmR, bfmS), des Quorum-Sensings (abaI, abaR), des Csu-Pili-Systems (csuA/BABCDE), der Exopolysaccharidsynthese (pgaABCD) sowie weiterer Adhäsions- und Oberflächenproteine (ompA, bap, blp1 und blp2).
Der Großteil der Isolate (79,5 %) wies einen MDR-Phänotyp auf, wobei insbesondere bei Katzen und Hunden hohe MDR-Raten von über 85 % beobachtet wurden, jedoch nur 42,9 % bei Pferden. Die Isolate zeigten eine hohe genetische Diversität mit 51 STs im equinen Teilkollektiv (Publikation 1), darunter 22 neu beschriebene STs. Auf klonaler Ebene dominierten im Gesamtkollektiv der 507 Isolate (Publikation 2) die internationalen Hochrisiko-klone IC1 (35,7 %) und IC2 (23,3 %), gefolgt von IC3 (7,7 %). Weitere ICs wurden nur vereinzelt nachgewiesen, während 27,2 % keinem bekannten IC zugeordnet werden konnten. IC1 und IC2 waren in allen Wirtsspezies nachweisbar und häufig mit MDR-Phänotypen assoziiert.
Die Biofilmbildung wurde mittels Kristallviolett-Assay nach 24 und 48 Stunden Inkubation quantifiziert und anhand der spezifischen Biofilmbildung (specific biofilm formation, SBF) in die Kategorien kein, schwach, moderat und stark eingeteilt. Insgesamt stellte sie ein weit verbreitetes, jedoch stark heterogen ausgeprägtes Merkmal der untersuchten Isolate dar. Die Auswertung beider Zeitpunkte zeigte eine signifikante zeitabhängige Zunahme der Biofilmbildung. Während Hunde-Isolate den stärksten Anstieg der SBF-Werte aufwiesen und die Biofilmbildung bei Katzen weitgehend stabil blieb, zeigten Pferde-Isolate die deutlichste Verschiebung hin zu starken Biofilmproduzenten (1,2 % auf 23,8 %), verglichen mit Hunden (15,9 % auf 29,4 %) und Katzen (22,4 % auf 29,1 %).
Moderate bis starke Biofilmbildung trat vor allem bei Isolaten aus Wund-, Harnwegs- und Geräte-assoziierten Infektionen auf. Darüber hinaus bestanden deutliche Unterschiede zwischen Wirtsspezies und IC. Während IC- und MDR-Isolate der equinen Isolate tendenziell geringere Biofilmwerte aufwiesen, zeigte das Gesamtkollektiv eine Verschiebung zu stärkerer Biofilmbildung bei MDR-Isolaten sowie bei IC1 und IC2. In der multivariaten Analyse erwiesen sich insbesondere die Wirtsspezies sowie die Zugehörigkeit zu IC1 als unabhängige Prädiktoren starker Biofilmbildung; der MDR-Status zeigte keinen unabhängigen Einfluss. Die BAG-Analyse zeigte eine hohe Konservierung zentraler Gene, insbesondere von bfmRS und blp2 (je 100 %). Auch abaI, abaR, csuCDE, ompA und pgaABCD waren in über 90 % der Isolate vorhanden, csuA und csuB in nur 68,4 % / 67,1 %. Der Biofilm-Phänotyp ließ sich jedoch nicht zuverlässig anhand einzelner Gene vorhersagen. Das für ein Biofilm-assoziiertes Oberflächenprotein kodierende Gen blp1 wurde in 78,5% der Isolate nachgewiesen, war linienabhängig in IC1–IC3 verteilt und in univariaten Analysen häufiger mit starker Biofilm-bildung assoziiert. Dieser Zusammenhang verlor jedoch im multivariaten Modell unter Berücksichtigung weiterer Einflussfaktoren seine Signifikanz. Demgegenüber zeigte das BAG bap, das in 38,9% der Isolate vorkam und mit IC2 assoziiert war, eine inverse Beziehung zur Biofilmbildung, die auch nach multivariater Adjustierung bestehen blieb.
Insgesamt stellt die Biofilmbildung einen häufigen, jedoch stark kontextabhängigen Phänotyp dar. Die Ergebnisse sprechen gegen einen direkten Zusammenhang einzelner BAGs mit dem Biofilm-Phänotyp und vielmehr für einen komplexen, multifaktoriellen und überwiegend klon- und MDR-Status-abhängigen Vorgang.
Die Arbeit liefert neue Erkenntnisse zu den Zusammenhängen zwischen Biofilmbildung, antimikrobieller Resistenz, klonaler Zugehörigkeit und genetischer Ausstattung veterinär-medizinischer A. baumannii-Isolate. Sie zeigt die enge Verknüpfung von Biofilm und MDR insbesondere in global verbreiteten Hochrisikoklonen und unterstreicht die Bedeutung veterinärmedizinischer Populationen als potenzielle Reservoirs im One-Health-Kontext. Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen zu Mechanismen der Persistenz und Adaptation dieses klinisch relevanten Erregers.